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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft eine Getriebeei@heit zum energlesparenden Antrieb
von mit Dreh- oder Schwingbewegung arbeitenden Elementen von Vorrichtungen, insbesondere
von landwirtschaftlichen Zerkleinerungs- und Dreschtrommeln, wobei die Einheit in
die zwischen der Energiequelle und dem arbeitenden Element der Vorrich-tung angeordnete
Treibkette eingebaut ist.
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Sowohl Versuche, als auch praktische Erfahrungen haben bewiesen, daß,
wenn die die Zerkleinerung durchführenden Stähle außer der zur Stahl schneide senkrechten
Hauptbewegung mit einer Nebenbewegung entlang der Schneide angetrieben sind, die
Zerkleinerung nicht durch Abscheren, sondern durch einen Schnitt erfolgt und der
Energiebedarf beträchtlich abnimmt.
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In der landwirtschaftlichen Maschinenindustrie wird diese Erkenntnis
unter anderem so genutzt, daß an den Häckseltrommeln die Stahlschneiden im Verhältnis
zu den Mantellinien des Trommelmantels etwas verdreht befestigt sind, d.h. die Mantellinien
und die Stahlschneiden bilden einen spitzen Winkel.
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Der Nachteil dieser weitreichend verwendeten Lösung besteht darin,
daß die Nebenbewegung nur eine, im Verhältnis zum zu zerkleinernden Material relative
Versetzung ist und deshalb die Stahlschneiden bis zum Schnitt das zu zerkleinernde
Material unter Verbrauch von etwa 30 bis 40 % der ganzen Energie ausschließlich
nur verdichten.
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Infolge der Verdichtung erhöht sich die Beanspruchung der Stahlschneiden,
wodurch als zusätzlicher Nachteil die Lebensdauer der Schneiden verkürzt wird.
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Zur Behebung dieser Nachteile wäre es naheliegend, die Nebenbewegung
als absolute Bewegung, nämlich als Schwingbewegung, auszuführen. Die auf dieser
Folgerung beruhenden Lösungen sind aber ausnahmslos mit selbständigen, äußere Energie
erfordernden
Vibrationsvorrichtungen versehen. Diese Arbeitsgeräte
entsprechen aber den praktischen Erfordernissen infolge ihrer hohen Erstehungs-
und Betriebskosten sowie infolge ihres unsicheren Betriebes nicht.
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Eine Verminderung des Energieverbrauches hat sich bei mit Dreschmaschinen
durchgeführten Versuchen gezeigt, bei welchen auf die gleichmäßige Kreisbewegung
der Schlagleisten eine Schwingbewegung überlagert wurde; praktisch verwirklicht
hat man aber solche Maschinen nicht Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,
eine in der Betriebspraxis verwendbare Getriebeeinheit zu schaffen, mit welcher
auf die arbeitende Hauptbewegung als Nebenbewegung eine Schwingbewegung ohne Energiemehraufwand
überlagert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Getriebeeinheit
ein elastischer, Energie speichernder und abgebender Mechanismus ist, welcher durch
die Momentanänderungen des technologischen Energiebedarfes des in die Vorrichtung
eingetragenen Materials angeregt ist.
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Der momentane technologische, im vorliegenden Fall Zerkleinerungsenergiebedarf
des in die Vorrichtung eingetragenen Materials, z.B. des zu häckselnden Produktes
verändert sich ständig. Die jeweilige Abweichung wird zur Herstellung der Nebenbewegung
verwendet.
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Unter einem elastischen Mechanismus ist eine in die Treibkette eingebaute
Maschinenkonstruktionseinheit zu verstehen. Die anderen Elemente der Treibkette
sind im Vergleich dazu im Sinne der Festigkeitslehre unabhängig davon, daß sie aus
elastischem Konstruktionswerkstoff hergestellt sind, unelastisch.
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Die elastischen Eigenschaften des vorrichtungsmäßig verwendbaren Mechanismus'
werden bei der Konstruktion bzw. Auslegung so bestimmt, daß der Mechanismus erregbar
ist, daß er die Ausgeglichenheit des arbeitenden Elementes, z.B. der Häckseltrommel,
nicht bedeutend verändert und ferner bei dem Produkt keine
Qualit@tsveränderung
verursacht, so daß z.B. die Längsabmessung des gehäckselten Produktes innerhalb
des gewünschten Abmessungsbereiches bleibt.
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Der Zusatz energiespeichernd und -abgebend wird einerseits durch einen
sich @u der bekannten @ederstre@e gegensätzlich benehmenden Mechanismus erreicht,
d.h. durch einen Mechanismus, bei welchem eine vollkommene Dämpfung der Erregung.
d.h.
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Aufzehren der potentiellen Energie nicht vorliegt. Andererseits besagt
dieser Zusatz, daß der Mechanismus ohne äußere Energie. d.h ohne besondere Energiequelle
arbeitet.
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Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine
selbstgetriebene Häckselmaschine naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Getriebeeinheit
in einer teilweise aufgebrochenen Seitenansicht, Fig. 2 einen Schnitt längs der
Linie II-II von Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 1.
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Die in der Zeichnung gezeigte Getriebeeinheit ist für eine selbstge-triebene
Häckselmaschine vorgesehen, von welcher aer elastische, energiespeichernde und -abgebende
Mechanismus die die Häckseltrommel als letztes Element der Treibkette antreibende
Keilriernenscheibe 1 ist, welche auf die Achse der Häckseltrommel gekeilt ist. Bei
der Keilriemenscheibe 1 sind die Nabe 3 und die Speiche 4 in einem Stück, der Kranz
5 jedoch als gesondertes Teil ausgeführt. Die sogenannten elastischen Elemente sind
zwischen den Speichen 4 und dem Kranz 5 eingebaut.
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Die Energiequelle und die Treibkette der Häckselmaschine, d.h.
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der in die Treibkette eingebaute und die Keilriemenscheibe 1 antreibende
Keilriemen sind nicht gezeigt. Der mit bestimmter Vorspannung arbeitende Keilriemen
ist, bezogen auf den erwähnten elastischen Mechanismus gemäß der Erfindung, als
ungeschmeidiger bzw unelastischer Körper anzusehen.
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Die Speichen 4 der Keilriemenscheibe 1 sind einzeln entlang des Umfanges
zwischen je einem Paar am Innenmantel des Kranzes 5 befestigter Führungsschienen
6 in einer zur Achse 2 senkrechten Ebene angeführt.
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In Fig. 1 ist links von den f<ü'dun0sschiCfl 6 In einer gegebenen
Entfernung ein Fußgestell 7 befestigt, durch dessen Bohrung ein Gewindebolzen 8
geführt ist. Der Gewindebolzen 8 ist mit einer Haltescheibe 9 und einer Mutter 10
am Fußgestell 7 befestigt. Am gewindebolzen 8 is-t zwischen den Backen des Fußgestells
7 der Kopf eines Führungsstiftes 11 kippbar gelagert, welcher durch die in der Speiche
ausgestaltete Durchgangslängsbohrung geführt ist. Zwischen der am Führungsstift
11 ausgestalteten Schulter 13 und der an der Speiche 4 gestützten Haltescheibe 14
ist eine Feder 15 angeordnet. Auf den über die Speiche 4 hinausreichenden Teil des
Gewindebolzens 8 ist eine elastische Haltescheibe 15 aufgezogen. Das Spiel zwischen
dem Kranz 5 und der Speiche 6 sowie die durch Berechnung bestimmte Vorspannung der
Feder 15 sind mit der Mutter 17 und der Gegenmutter 18 einstellbar.
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Die Keilriemenscheibe 1 kann auch speichenfrei, also voll ausgestaltet
sein, d.h. der Kranz ist unmittelbar oder wenigstens unter Zwischenschaltung einer
Feder 5 an der Nabe 3 angeordnet.
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Die Speiche 4 kann auch zwischen zwei am Führungsstift 11 aufgezogenen
Federn 15 eingeklemmt sein.
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Bei der Bemessung der Feder 15 wird von zwei Voraussetzungen ausgegangen.
Bei den in einem Drehzahlbereich von 600 bis 1500 l/min arbeitenden Häckseltrommeln
mit 500 mm Durchmesser und 15 - 20° Stahlstellung wird eine Amplitude der überlagerten
Schwingbewegung zwischen den Grenzwerten von 3 - 3,5 mm am Umfang gemessen. Durch
die Einhaltung der zulässigen Amplitude werden die Gleichgewichtsverhältnisse des
arbeitenden Elements und die Qualitätserfordernisse des Produktes gewährleistet.
Es zeigt sich, daß zwischen dem Durchmesser der Häckseltrommel und der zulässigen
Amplitude eine lineare oder beinahe lineare Beziehung besteht. Die Amplitude ist
für die
größte Kompression der Feder 15 maßgebend.
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An der Häckseltrommel wird außerdem die meßbare Momentschwankung durch
Versuche bestimmt, woraus die Belastungskraft bzw. der Funktionsbereich der Feder
15 berechnet werden kann.
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Aus den Berechnungen ergibt sich bei der beschriebenen Ausführungsform
eine Federsteifheit von S = 200 N/mm.
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An der mit dem Mechanismus gemäß der Erfindung ausgerüsteten selbstgetriebenen
Häckselmaschine wird die Keilriemenscheibe 1 in Fig. 1 im Uhrzeigersinn angetrieben.
Die Konstruktionslänge der Feder 15 verändert sich immer gemäß der Abweichung des
jeweiligen Zerkleinerungsenergiebedarfes des zugeführten Materials, d.h. im Verhältnis
zur gleichmäßigen Drehbewegung des Kranzes 5 gehen die Achse 2 und die Häckseltrommel
immer vor oder nach, so daß der Hauptbewegung eine Schwingbewegung überlagert wird.
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Messungen ergeben eine Erregungsfrequenz der Keilriemenscheibe 1 zwischen
20 und 40 Hz, aufgrund der aufgenommenen Momentkurve.
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Der wichtigste Vorteil der gezeigten Ausführungsform besteht aus etwa
15 % Energieersparung. Ein Vorteil hinsichtlich der praktischen Verwirklichung ist,
daß die vorhandene Vorrichtung, im vorliegenden Fall die selbstgetriebene Häckselmaschine,
durch den Austausch eines einzelnen Bestandteiles, nämlich der Keilriemenscheibe,
umgestaltet werden kann und die Behandlung.
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sowie der Betrieb des modifizierten Arbeitsgerätes unverändert bleiben,
d.h. der Fachmann ohne spezielle Ausbildung-damit arbeiten kann. Die Keilriemenscheibe
gemäß der Erfindung ist einfach und betriebssicher, die Betriebssicherheit des modifizierten
Arbeitsgerätes wird nicht beeinträchtigt.
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Es können verschiedene Ausführungen von Keilriemenscheiben (Bibby,
Forst, Elcard), sowie mit Gummiklotz bzw. mit Gummischlauch versehene Keilriemenscheiben,
sowie Zahnriemen, verwendet werden. Ihre Federsteifheit oder Federkonstante wird
gemäß
den Anforderungen der Jeweiligen Vorrichtung und des Verwendungsgebiets bestimmt.
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Als mögliches Verwendungsgebiet der Erfindung ist neben den landwirtschaftlichen
Arbeitsmaschinen die Sertierung zu nennen. Die Getriebeeinheit kann dabei zum energiesparenden
Antrieb von Pendelrättern oder Schwingungssieben eingesetzt werden.
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